Файл: ПОСОБИЕ_НОВИКОВ.doc

При наличии угловой скорости вращения тела вокруг оси Z ω появляется гироскопический момент M_г, пропорциональный этой скорости и направленной по оси X, перпендикулярной осям Z и Y. Модуль этого момента определяется как

, (5.83)

где I – момент инерции ротора; H – кинетический момент гироскопа.

Этот момент стремится повернуть подвес гироскопа (на угол α).

Момент уравновешивается моментом упругих сил, создаваемым пружиной. Этот момент пропорционален углу поворота подвесаα

, (5.84)

где k – коэффициент упругости пружины.

Таким образом, имеет место

Отсюда из соотношений (5.83) и (5.84) имеем

. (5.85)

Полученные выражения показывают, что угол отклонения подвеса пропорционален измеряемой угловой скоростии наоборот.

При помощи потенциометра угол преобразуется в пропорциональный электрический сигнал.

5.9. Датчики ускорения, вибрации и удара

5.9.1. Общие положения

В датчиках ускорения используются физические явления (фундаментальные законы механики), позволяющие получить на их основе соотношения между ускорением, силой и массой.

По условиям экспериментов имеют место различные диапазоны измеряемых ускорений (по амплитуде и диапазону частот):

- ускорения на относительно малых частотах с малыми значениями (действуют на движущиеся объекты – самолеты, ракеты, морские транспортные средства);

- вибрационные ускорения жестких конструкций или больших масс в диапазоне высоких частот;

- вибрационные ускорения средней величины в диапазоне высоких частот (действуют на легкие конструкции);

- удар, представляющий собой импульсные ускорения высоких уровней.

В общем случае вибрацию можно охарактеризовать (в дополнение к частоте):

- перемещением;

- скоростью;

-ускорением.

Наиболее подходящим датчиком для измерения вибраций и ударов часто является акселерометр.

Этому способствует ряд причин.

Однаиз них заключается в том, что измерение ускорения всегда позволяет определить скорость или перемещение путем однократного или двукратного интегрирования. При этом необходимо отметить, что обратная операция (дифференцирование) нежелательна из-за уменьшения соотношения сигнал/шум, присущего операции дифференцирования

Вторая причина – это то, что датчики ускорения являются измерительными приборами, которые осуществляют абсолютные измерения и не требуют какой-либо точки отсчета.

5.9.2. Принцип действия сейсмических датчиков

Акселерометр может служить примером, иллюстрирующим частотную реакцию систем второго порядка.

В наиболее общем виде такой датчик (в зависимости от диапазона частот) может быть датчиком перемещения, скорости или ускорения, которым подвергается корпус прибора.

Конструктивная схема датчика приведена на рисунке 5.23,

где 1 – корпус; 2 – демпфер; 3- чувствительная масса; 4 – возвратная пружина.

Как следует из рассмотрения рисунка, сейсмический датчик состоит из:

- механической части, включающей массу М и элемент, связывающий ее с корпусом (кристалл пьезоэлектрика, пружина, гибкая пластина и т.д. и

- устройства преобразования в электрический сигнал параметров движения этого элемента, являющихся вторичной измеряемой величиной m₂

Рассматриваемая система является системой с одной степенью свободы.

Пусть h₀ - ордината точки a на корпусе датчика;

h- ордината точки b на сейсмической массе.

В отсутствии ускорения, приложенного к корпусу, ордината точки b совпадает с ординатой точки a, т.е. h = h_0.

Обозначим через перемещение массыM относительно корпуса.

Уравнение равновесия запишется в виде:

(5.86)

или

. (5.87)

В правую часть выражения (5.87) входят:

- возвращающая пружину в положение равновесия сила;

- сила вязкого трения;

- сила, вызванная ускорением массы (инерционная).

В самом общем виде тип и конструкция датчика, предназначенного для измерения первичной измеряемой величины (перемещение, скорости, ускорения) зависят от:

- параметров, выбранных в качестве вторичной измеряемой величины (,,);

- диапазона частот, определяющего, какой из трех членов (,или) является доминирующим.

Чувствительность датчика S можно описать соотношением:

, (5.88

где - механическая чувствительность датчика первичной измеряемой величины;

- чувствительность вторичного датчика (преобразователя).

На практике в качестве вторичного датчика пользуются датчиками относительного положения сейсмической массы, либо датчиками относительной скорости.

Типы сейсмических датчиков движения и их параметры приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4. Принцип действия и параметры сейсмических датчиков движения

Тип датчика	Первичная измеряемая величина	Вторичная измеряемая величина	Преобразователь
Сейсмометр	Абсолютное перемещение	Относительное перемещение	Потенциометр, трансформатор
Вибрационный датчик скорости	Абсолютная скорость	Относительная скорость	Переменная индуктивность
Акслерометр	Абсолютное ускорение	Относительное перемещение , деформация, восстанавливающая сила	Потенциометр, трансформатор, пьезоэлектрический элемент